Ondas sísmicas y sismógrafos, conociendo a la familia.

Las ondas sísmicas son de tres tipos: ondas P, ondas S y ondas superficiales. Las dos primeras se las denomina ondas de volumen, ya que se propagan a través de la Tierra, mientras que las terceras sólo se propagan por la superficie terrestre. A su vez, las ondas P son ondas longitudinales, es decir, se desplazan en la dirección de propagación; en cambio, las ondas S son ondas transversales, es decir, se desplazan perpendicularmente a la dirección de propagación, además de que no se pueden transmitir por medio líquidos, lo que es muy importante para determinar la estructura interna de la Tierra, y que Inge Lehman usó sabiamente. Además, las ondas P son siempre las primeras en llegar (P=Prima) y las S las segundas (S=Secunda).

pswaves

Los tipos de ondas y como se desplazan. Fuente (1)

Mientras que las ondas P y S siempre van a aparecer en los sismogramas (registros de tiempo vs desplazamiento del terreno), las ondas superficiales no lo hacen siempre: las ondas Love sólo lo hacen cuando una capa de baja velocidad está por encima de una capa de alta velocidad; mientras que las ondas Rayleigh pueden aparecer más fácilmente, pero depende de muchos parámetros del terremoto, como el tamaño, la profundidad, el mecanismo focal…

Acabo de mencionar las ondas Love y Rayleigh: son dos tipos de ondas superficiales y las más conocidas. Es decir, que esos tres tipo de ondas que he mencionado al principio, son la clasificación más general, ya que hay muchos tipos de ondas sísmicas, como por ejemplo la onda PKP, que es una onda P que atraviesa el núcleo externo (K) y sale como onda P de nuevo.

Para detectar estas ondas, se usan los sismógrafos. Todos tenemos en mente los típicos armatostes con una aguja que se desplaza sobre un rollo de papel. Actualmente, estos aparatos no se usan más allá de usarlos en exposiciones, principalmente por su poco precisión y aparatosidad. Como ya comenté en la pequeña introducción histórica sobre geofísica, desde 2001 la Red Sísmica Nacional española emplea sismógrafos digitales, que presentan como ventajas la transmisión instantánea de datos, tener datos geolocalizados y temporalizados y la reducción de ruido. Esto del ruido es muy importante ya que los sismógrafos se encargan de registrar los pequeños desplazamientos del terreno, del orden de micras (10^-6 metros) en muchos casos. Por ello, las estaciones suelen encontrarse en lugares aislados, sin apenas presencia humana (los pasos son registrados, imaginaos un camión que pase cerca), en unas condiciones de humedad y temperatura determinadas y lo más estables posibles.

Una vez explicado un poco el funcionamiento del sismómetro, voy a explicar qué mide. Los sismómetros miden en tres direcciones distintas: Norte-Sur, Este-Oeste y vertical. Esto va a permitir averiguar la dirección de llegada de las ondas y poder determinar el mecanismo focal del terremoto (forma en la que se ha roto el terreno). También permite conocer la dirección por la que han llegado las ondas. Voy a usar un sismograma real para contar algunas de las cosas que se puede saber a partir de estos registros.

El ejemplo es un sismograma obtenido de la página web REV (Rapid Eathquak View), concretamente he escogido el sismograma correspondiente al terremoto de Nepal de las 06:11:25 del 25-04-2015, de magnitud 7.8; y la estación de San Pablo, en España, situada a 8007 km y 72º del epicentro. Pese a esta distancia, el terremoto fue registrado (la sensibilidad que decía antes) y se observa en la componente vertical  claramente.

Captura

Sismograma correspondiente a la estación de San Pablo, en España. Origen y fuente.

Las componentes del sismograma son Vertical, Norte-Sur y Este-Oeste. La componente vertical es en la que mejor se ve la llegada de las onda P. En el eje vertical aparece la amplitud de desplazamiento, inferior a la micra; mientras que en la componente horizontal está el tiempo de llegada de las ondas, tomando como cero la hora de origen del terremoto. El que haya más ruido en la componente Norte-Sur es esperable, ya que las ondas llegan desde el este, lo que se nota en la componente Este-Oeste con una señal con menos ruido, aunque de poca amplitud. Esto es normal ya que las ondas P son longitudinales y se observan mejor en la componente vertical. Abajo está la imagen del sismograma más ampliado en el tiempo, donde se observa la llegada de la onda S, marcadas las llegadas por la página web.

Captura2

Sismograma de la estación de San Pablo, con la llegada de la onda S y otras fases. Origen y fuente.

Aquí se ve muy claramente la onda S en la componente Este-Oeste, ya que estas ondas son transversales y se ven más claramente en las componente horizontales del sismograma. El no observarla apenas en la componente Norte-Sur es por el mismo motivo que con la onda P y el origen del terremoto. En el sismograma no se observan ondas superficiales, lo que es esperable al ser un sismo lejano (las ondas superficiales se distinguen en los sismogramas por que son periódicas y se observan muy claramente los paquetes de ondas).

De este sismograma se puede obtener mucha más información, como hacer un cálculo aproximado de la magnitud, y juntando más estaciones, determinar su mecanismo focal, epicentro e hipocentro, pero eso es otra historia y debe ser contada en otra ocasión.

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Referencias y fuentes:

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Un pensamiento en “Ondas sísmicas y sismógrafos, conociendo a la familia.

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